Katalizatory ogniw paliwowych o niskiej lub zerowej zawartości platyny
Katalizatory platynowe (Pt) lub na bazie stopów platyny po stronie anody i katody zespołu elektrod membranowych (MEA) przyspieszają reakcje chemiczne, które generują przepływ elektronów lub prądu. Katalizatory osadzone są na stałych substratach, często na bazie materiałów węglowych. Nośniki te podlegają rozkładowi, skracając okres użytkowania i wymuszając stosowanie większej zawartości Pt. W finansowanym przez UE projekcie CATAPULT (Novel catalyst structures employing Pt at ultra low and zero loadings for automotive MEAs) powstaje technologia, która ma pomóc rozwiązać ten problem. Naukowcy skupiają się zarówno na ultracienkich powłokach o rozszerzonej warstwie Pt, a także katalizatorach na bazie metali z grupy niezawierającej Pt (PGM), a nawet na hybrydach tych dwóch typów. Dodatkowo, zastosowanie struktur włóknistych jako nośników katalizatora stanowi nową koncepcję, ze względu na ich wysoki stosunek pola powierzchni do objętości oraz objętość próżni generowanej przez ich pakowanie. W ciągu zaledwie 18 miesięcy zespół zademonstrował osiągnięcia wykraczające poza pierwotne założenia. Naukowcy opracowali katalizator o niskiej zawartości Pt, którego bardzo wysoka aktywność masowa (prąd generowany na miligram Pt) przekracza ambitne cele określone w projekcie. Opracowano także pięć innowacyjnych katalizatorów nie zawierających PGM na bazie struktur metaloorganicznych, o aktywności masowej przekraczającej obecne osiągnięcia. Na koniec hybryda składająca się z katalizatora żelazowego i o bardzo niskiej zawartości Pt zademonstrowała doskonałe właściwości elektrochemiczne. W projekcie CATAPULT powstają także odporne na korozję włókniste i rurowe struktury nośne z użyciem elektrowirowania, innowacyjnej techniki, która umożliwia kontrolowane tworzenie materiałów jednowymiarowych. Uzyskano już docelową przewodność właściwą i stabilność elektrochemiczną u kilku nanoprzewodowych i nanorurowych materiałów tlenkowych. Usprawnione modele wielkoskalowej dynamiki molekularnej znacznie skróciły czas obliczeniowy w porównaniu z metodami konwencjonalnymi (według teorii funkcjonału gęstości) i pozwalają wyłonić bardziej obiecujące niewęglowe systemy nośne. Demonstracja niskiej zawartości Pt i obniżonego rozkładu nośnika w katalizatorach MEA ułatwi powszechną komercjalizację pojazdów napędzanych ogniwami paliwowymi. Osiągnięcia konsorcjum CATAPULT sprawią, że UE zajmie czołowe miejsce w tej dziedzinie na rynku globalnym.
Słowa kluczowe
Platyna, ogniwo paliwowe, katalizator, zespół elektrod membranowych
